CZ2005294A3 - Nanostructured working electrode of electrochemical sensor, process for its manufacture and sensor comprising such working electrode - Google Patents
Nanostructured working electrode of electrochemical sensor, process for its manufacture and sensor comprising such working electrode Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2005294A3 CZ2005294A3 CZ20050294A CZ2005294A CZ2005294A3 CZ 2005294 A3 CZ2005294 A3 CZ 2005294A3 CZ 20050294 A CZ20050294 A CZ 20050294A CZ 2005294 A CZ2005294 A CZ 2005294A CZ 2005294 A3 CZ2005294 A3 CZ 2005294A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- working electrode
- nanostructured
- electrode
- electrochemical sensor
- film
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
- G01N27/3275—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction
- G01N27/3278—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction involving nanosized elements, e.g. nanogaps or nanoparticles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
- G01N33/54366—Apparatus specially adapted for solid-phase testing
- G01N33/54373—Apparatus specially adapted for solid-phase testing involving physiochemical end-point determination, e.g. wave-guides, FETS, gratings
- G01N33/5438—Electrodes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Nanostrukturovaná pracovní elektroda elektrochemického senzoru, která je vytvořena z materiálu ve formě fólie a je na senzor vložena. Tak lze vytvořit pracovní elektrody z materiálů, jejichž využití v dosud známých pracovních elektrodách nebylo možné (např. z kovů definované čistoty). Předmětem vynálezu je dále způsob výroby nanostrukturované pracovní elektrody aelektrochemický senzor nanostrukturovanou pracovní elektrodu obsahující.A nanostructured working electrode of an electrochemical sensor which is made of a film-like material and is inserted into the sensor. Thus, working electrodes can be formed from materials whose use in the known working electrodes has not been possible (eg from metals of defined purity). The invention further provides a method for producing a nanostructured working electrode and an electrochemical sensor comprising a nanostructured working electrode.
Description
Nanostrukturovaná pracovní elektroda elektrochemického senzoru, způsob její výroby a senzor obsahující tuto pracovní elektroduA nanostructured working electrode of an electrochemical sensor, a method for its manufacture and a sensor comprising the working electrode
Oblast technikyTechnical field
Vynález se týká nanostrukturovaných pracovních elektrod elektrochemických senzorů, způsobu jejich výroby a senzorů tyto pracovní elektrody obsahujících.The invention relates to nanostructured working electrodes of electrochemical sensors, to a process for their manufacture and to sensors comprising such working electrodes.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Příprava elektrochemických senzorů sítotiskem je známa (CZ 291411) a umožňuje levnou a efektivní výrobu elektrochemických senzorů a biosenzorů. Principem přípravy pracovních elektrod takovýchto elektrochemických senzorů je nanášení past obsahujících aktivní materiály sítotiskem. Aktivní materiál (většinou zlato, platina, stříbro) je rozptýlen v podobě velmi jemných zrn v nosiči, který zajišťuje, že materiál má formu pasty. Tato pasta je nanesena tiskem na vhodnou podložku. Poté je pasta vytvrzena, případně vypálena, čímž vznikne aktivní vrstva senzoru, nebo dojde k vypuzení materiálu nosiče a sintrováním vznikne aktivní vrstva pracovní elektrody elektrochemického senzoru. Nevýhodou tohoto postupu je nejen póreznost a složitost povrchové struktury tištěné vrstvy, ale i to, že materiál nosiče může výrazně ovlivnit detekční schopnosti elektrody. Konečné funkční vlastnosti pracovní elektrody jsou dány vytvrzením pojivá nebo sintrováním zra pasty. Ve všech případech je reliéf zrn přenesen do výsledného geometrického tvaru povrchu pracovní elektrody. V některých případech však hraje kvalita povrchu rozhodující úlohu pro konečnou aplikaci.The preparation of electrochemical sensors by screen printing is known (CZ 291411) and enables inexpensive and efficient production of electrochemical sensors and biosensors. The principle of preparation of working electrodes of such electrochemical sensors is to apply pastes containing active materials by screen printing. The active material (mostly gold, platinum, silver) is dispersed in the form of very fine grains in the carrier, which ensures that the material is in the form of a paste. This paste is applied by printing onto a suitable substrate. Thereafter, the paste is cured or fired to form the active sensor layer, or the carrier material is expelled and sintered to form the active electrode layer of the electrochemical sensor. The disadvantage of this procedure is not only the porosity and complexity of the surface structure of the printed layer, but also that the carrier material can significantly affect the detection capability of the electrode. The final functional properties of the working electrode are given by curing the binder or sintering the matured paste. In all cases, the grain relief is transferred to the resulting geometric shape of the working electrode surface. However, in some cases the surface quality plays a decisive role in the final application.
Výše uvedený způsob přípravy pracovní elektrody je výhodný v těch aplikacích, kde je potřeba velká plocha pracovní elektrody senzoru. V mnoha aplikacích je však poréznost a složitost povrchové struktury tištěné vrstvy nevýhodou. Je to zejména v případě, kdy je povrch pracovní elektrody modifikován bioaktivními látkami jako jsou protilátky nebo segmenty DNA. V případě segmentů DNA nehomogenity povrchu přímo ovlivňují <The above method of preparing the working electrode is advantageous in those applications where a large area of the working electrode of the sensor is needed. In many applications, however, the porosity and complexity of the surface structure of the printed layer is a disadvantage. This is particularly the case when the surface of the working electrode is modified with bioactive substances such as antibodies or DNA segments. For DNA segments, surface inhomogeneities directly affect <
reprodukovatelnost procesu hybridizace. Další nevýhodou pracovních elektrod se složitou strukturou povrchu je skutečnost, že v některých případech může imobilizovaná biochemická vrstva výrazným způsobem blokovat přenos hmoty mezi okolním prostředím, bioaktivní vrstvou senzoru na pracovní elektrodě a vlastní pracovní elektrodou senzoru.the reproducibility of the hybridization process. Another disadvantage of working electrodes with a complex surface structure is that in some cases the immobilized biochemical layer can significantly block mass transfer between the environment, the bioactive sensor layer on the working electrode, and the actual working electrode of the sensor.
Jsou známy způsoby, jak strukturu pracovní elektrody vylepšit. Jedním z nich jeThere are known ways to improve the working electrode structure. one of them is
EP 1300897, kde je dosaženo homogennější nanostruktury vložením nanopórezního keramického prvku. Jinou možností je vtištění vhodné matrice, která přinese nanostrukturu na pracovní elektrodu. EP 1342736 popisuje tento postup a materiály, které postup umožňují. Proces řízeného sintrování elektrody znanočástic je popsán v EP 1244168 a EP 1207572. Jinou možností je aplikovat na povrch elektrody vhodnou látku, která dalším technologickým postupem vytvoří požadovanou nanostrukturu (zmíněno v patentu č. US 6,060,121). Jiný způsob vylepšení vlastností pracovní elektrody spočívá ve využití nanostrukturovaného plniva, z nějž je pracovní elektroda vytvořena, jak udává patentová přihláška č. WO 98/56854. Další postupy přenášení nanostruktur na pracovní elektrodu jsou popsány v patentových přihláškách US 2004/241896 a WO 2004/052489. Výše zmíněné postupy vylepšující vlastnosti pracovních elektrod však mají i nevýhody. Především neřeší problém, jakým způsobem dosáhnout velmi homogenní struktury povrchu elektrody. Metodiky jsou drahé a jen obtížně je možné je převést do hromadné výroby.EP 1300897, where a more homogeneous nanostructure is achieved by inserting a nanoporous ceramic element. Another option is to imprint a suitable matrix that will deliver the nanostructure to the working electrode. EP 1342736 describes this process and the materials that make it possible. The controlled sintering process of the nanoparticle electrodes is described in EP 1244168 and EP 1207572. Another possibility is to apply a suitable substance to the electrode surface to form the desired nanostructure by a further technological process (mentioned in US Patent No. 6,060,121). Another way of improving the properties of the working electrode is to use the nanostructured filler from which the working electrode is formed, as disclosed in Patent Application No. WO 98/56854. Other methods for transferring nanostructures to a working electrode are described in US 2004/241896 and WO 2004/052489. However, the abovementioned processes for improving the performance of the working electrodes also have disadvantages. In particular, it does not solve the problem of achieving a very homogeneous structure of the electrode surface. The methodologies are expensive and difficult to convert into mass production.
Dalším podstatným problémem existujícího způsobu výroby pracovních elektrod sítotiskem je, že počet materiálů, které lze metodou sítotisku (tj. jako zrna v pastě) zpracovat, je omezený. Existuje například mnoho materiálů které jsou tzv. nanostrukturované - tj. materiály, které mají na povrchu periodické struktury s charakteristickým rozměrem menším než 1 pm. Jsou známy např. elektrody ve tvaru polí jehlanů se základnou 100 nm (CVD diamond anisotropic film as electrode for electrochemical sensing, K. L. Soh, W. P. Kang, J. L. Davidson, Y. M. Wong, A. Wisitsora-at, G. Swain, D. E. Cliffel, Sensors and Actuators B 91, 2003, 39-45). Většinu těchto materiálů je možno připravit pouze jako fólie nebo velmi malé objekty, které nemohou být využitím stávajících technologií začleněny do senzorů ve formě pracovních elektrod. Je známa celá řada dalších postupů, jak připravit nanostrukturované materiály ve formě filmů. Patent č. EP 1443091 popisuje chemické postupy a sloučeniny, které umožňují přípravu nanostrukturovaných fólií. Odlišné metody přípravy nanostrukturovaných filmů jsou známy z patentů a přihlášek US 2002/106447, WO 99/35312, WO 01/27690, US 6,301,038 a WO 2004/011672.Another major problem with the existing process for screen printing electrodes is that the number of materials that can be processed by screen printing (i.e., grains in paste) is limited. For example, there are many materials that are so-called nanostructured - ie materials that have a periodic structure with a characteristic dimension of less than 1 µm on the surface. For example, pyramidal field electrodes with a base of 100 nm (CVD diamond anisotropic film and electrode for electrochemical sensing, KL Soh, WP Kang, JL Davidson, YM Wong, A. Wisitsor-at, G. Swain, DE Cliffel, Sensors are known and Actuators B 91, 2003, 39-45). Most of these materials can only be prepared as films or very small objects that cannot be incorporated into working electrode sensors using existing technologies. A number of other methods are known for preparing nanostructured materials in the form of films. Patent No. EP 1443091 describes chemical processes and compounds that enable the preparation of nanostructured films. Different methods for preparing nanostructured films are known from patents and applications US 2002/106447, WO 99/35312, WO 01/27690, US 6,301,038 and WO 2004/011672.
Všechny uvedené nedostatky dosavadních řešení odstraňuje řešení podle předloženého vynálezu.All of the above drawbacks of the prior art are overcome by the present invention.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Předmětem předloženého vynálezu je nanostrukturovaná pracovní elektroda elektrochemického senzoru, jejíž podstata spočívá v tom, že aktivní plocha elektrody je tvořena materiálem ve formě fólie o tloušťce 0,1 - 100 pm, vloženým do místa pracovní elektrody senzoru.The object of the present invention is a nanostructured working electrode of an electrochemical sensor, the principle of which is that the active surface of the electrode is formed by a material in the form of a foil having a thickness of 0.1-100 µm inserted at the working electrode of the sensor.
Význakem předloženého vynálezu je dále, že fólie je připravena z vhodného materiálu, například čistého kovu nebo vhodné slitiny nebo i z nekovu. Fólie může být z prvku vybraného ze skupiny zahrnující kovy skupin ΙΑ, IIA, IIIA, IVA, VA, IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB a IIB periodické tabulky, polokovy a nekovy skupin ΠΙΑ a IVA periodické tabulky a lanthanoidy.It is a further feature of the present invention that the film is prepared from a suitable material, for example, a pure metal or a suitable alloy, or even non-metal. The foil may be of an element selected from the group consisting of metals of the groups ΙΑ, IIA, IIIA, IVA, VA, IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB and IIB of the periodic table, metalloids and non-metals of ΠΙΑ and IVA of the periodic table and lanthanides .
Dalším význakem vynálezu, že fólie může být ze slitiny alespoň dvou kovů vybraných ze skupiny zahrnující kovy skupin IA, IIA, IIIA, IVA, VA, IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB a IIB periodické tabulky.Another feature of the invention is that the film may be an alloy of at least two metals selected from the group consisting of metals of Groups IA, IIA, IIIA, IVA, VA, IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB and IIB of the Periodic Table.
Význakem předloženého vynálezu je dále to, fólie může být připravena i z magnetických slitin s vysokou permeabilitou, např. mumetalu.Another feature of the present invention is that the film can also be prepared from magnetic permeability alloys such as mumetal.
Podle vynálezu může být fólie pro výrobu pracovní elektrody být připravena také z vysokoteplotních supravodičů.According to the invention, the working electrode film can also be prepared from high temperature superconductors.
Dalším význakem vynálezu je, že na fólii mohou být naneseny nebo imobilizovány další struktury. Například na fólii z dielektrického nebo polovodivého materiálu (např. oxidů kovů) mohou být naneseny kovy nebo jiné struktury například postupy uvedenými v patentech a zveřejněných přihláškách US 2002/106447, WO 99/35312, WO 01/27690,Another feature of the invention is that other structures may be deposited or immobilized on the film. For example, metals or other structures may be deposited on a film of dielectric or semiconductive material (e.g., metal oxides) by, for example, the processes disclosed in patents and published applications US 2002/106447, WO 99/35312, WO 01/27690,
US 6,301,038 a WO 2004/011672, nebo může na fólii být metodou SAM (self-assembled monolayer) nanesena vrstva organických molekul.US 6,301,038 and WO 2004/011672, or a layer of organic molecules may be deposited on the film by the SAM (self-assembled monolayer) method.
Předmětem předloženého vynálezu je způsob výroby nanostrukturované pracovní elektrody elektrochemického senzoru podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom že z materiálu ve formě fólie o tloušťce 0,1-100 pm se připraví planámí tvary, které jsou o 11000 pm větší než požadovaný tvar aktivní plochy pracovní elektrody, na podložku na místo pracovní elektrody se nanese nosná pasta, na kterou se následně mikromanipulátorem přiloží planámí tvar, poté se pracovní elektroda vytvrdí a následně se část povrchu pracovní elektrody přetiskne dielektrickou pastou a znovu vytvrdí.It is an object of the present invention to provide a nanostructured working electrode of an electrochemical sensor according to the invention, comprising forming a sheet of 0.1-100 µm thick sheet material that is 11000 µm larger than a desired active surface area The carrier electrode is applied to the substrate in place of the working electrode. The carrier paste is then applied with a flame shape using a micromanipulator, then the working electrode is cured and subsequently a part of the working electrode surface is overprinted with dielectric paste and cured again.
Planámí tvary se mohou připravit například vyseknutím pomocí razníku.Flat shapes can be prepared, for example, by punching with a punch.
Nosná pasta nanesená na místo pracovní elektrody zajišťuje vodivé spojení mezi přívody pracovní elektrody a vloženou planámí aktivní plochou pracovní elektrody vytvořenou z fólie. Pasta má tu vlastnost, že neobsahuje těkavé látky, které by při jejím vytvrzení svým únikem způsobily pohyb nebo změny tvaru vložené fólie. Příkladem takové pasty je např. vodivý epoxid. Na nanesenou nosnou pastu se mikromanipulátorem vloží vyseknutý planámí tvar, přičemž tvar nástroje, kterým je planámí tvar přenášen, je uzpůsoben tak, že je zabráněno porušení nanostruktury nebo je struktura pracovní elektrody nástrojem mikromanipulátoru dokončena.The carrier paste applied to the working electrode site provides a conductive connection between the working electrode leads and the intermediate flame active electrode surface formed from the film. The paste has the property that it does not contain volatile substances which, when cured by leakage, would cause movement or changes in the shape of the inserted film. An example of such a paste is, for example, a conductive epoxy. A die cut flame shape is applied to the applied carrier paste by a micromanipulator, wherein the shape of the tool by which the flame shape is transmitted is adapted to prevent nanostructure damage or the working electrode structure is completed by the micromanipulator tool.
Nosná pasta s vloženou planámí elektrodou se vytvrdí při teplotě 0-150 °C. Výroba je dokončena tiskem dielektrické vrstvy, která překryje vodivé spoje, kraje pracovní elektrody a vymezí konečnou velikost plochy pracovní elektrody.The carrier paste with an inserted flame electrode is cured at a temperature of 0-150 ° C. Production is completed by printing a dielectric layer that covers the conductive joints, edges of the working electrode, and delimits the final size of the working electrode area.
Uchycení fólie s nanostrukturou může být provedeno například smiřováním nosné pasty obsahující částice zlata a/nebo platiny a/nebo stříbra při teplotě 350 - 1000 °C.The attachment of the nanostructured film can be accomplished, for example, by reconciling the carrier paste containing the gold and / or platinum and / or silver particles at a temperature of 350-1000 ° C.
Pokud je fólie použitá pro přípravu pracovní elektrody příliš tlustá, je ve výhodném provedení vynálezu v podložce vytvořeno vybrání, které zabezpečí, že pracovní elektroda je v jedné rovině s podložkou a je možno ji částečně překrýt dielektrickou pastou, a tím definovat konečnou funkční plochu elektrody.If the film used to prepare the working electrode is too thick, in the preferred embodiment of the invention, a recess is provided in the support that ensures that the working electrode is flush with the support and can be partially covered by the dielectric paste, thereby defining the final functional surface of the electrode.
Předmětem předloženého vynálezu je dále elektrochemický senzor, obsahující pracovní elektrodu podle vynálezu. Referentní a pomocná elektroda elektrochemického senzoru mohou být vytvořeny některým ze známých způsobů, např. sítotiskem (CZ 291411) nebo tampónovým tiskem.The present invention further provides an electrochemical sensor comprising a working electrode according to the invention. The reference and auxiliary electrodes of the electrochemical sensor may be formed by any of the known methods, for example by screen printing (CZ 291411) or by pad printing.
Senzory s vkládanou nanostrukturovanou pracovní elektrodou podle vynálezu mají zejména uplatnění pro detekci DNA. Technologií dle vynálezu lze vytvořit struktury skládající se z pole elektrod o rozměrech 10-100 nm. DNA je imobilizována na jednotlivé elektrody pole. Mezí jednotlivými elektrodami je volné místo, které usnadňuje hybridizací. Využitím vynálezu je možno dosáhnout zlepšení vlastností DNA senzorů.The nanostructured working electrode sensors of the present invention are particularly useful for DNA detection. With the technology of the present invention, structures consisting of an array of electrodes of 10-100 nm can be formed. DNA is immobilized to individual field electrodes. Between the individual electrodes is a free space that facilitates hybridization. The invention makes it possible to improve the properties of DNA sensors.
Senzory s vloženou nanostrukturovanou pracovní elektrodou lze použít i ke stanovení těžkých kovů. Je známo elektrochemické stanovení těžkých kovů rozpouštěcí voltametrií na rtuťové elektrodě. Rtuť je toxická, existuje však možnost náhrady bismutem. V literatuře jsou popsány způsoby stanovení, kde je elektroda vytvořena pastou tvořenou směsí grafitu a bismutu, výsledky jsou však velmi nereprodukovatelné. Postupem dle vynálezu lze vytvořit elektrodu z homogenní vrstvy bismutu, který je ve formě fólie vložen na místo pracovní elektrody senzoru.Sensors with embedded nanostructured working electrode can also be used to determine heavy metals. Electrochemical determination of heavy metals by dissolving voltammetry on a mercury electrode is known. Mercury is toxic, but there is a possibility of bismuth replacement. Methods of determination are described in the literature where the electrode is formed by a paste consisting of a mixture of graphite and bismuth, but the results are very unrepeatable. By the method according to the invention, it is possible to form an electrode from a homogeneous layer of bismuth, which in the form of a foil is inserted in place of the working electrode of the sensor.
Použití bismutové (Bi) fólie je také příkladem, jak použití vynálezu zlepšuje čistotu povrchu elektrody. Při klasické přípravě pracovní elektrody z pasty obsahující zrna bismutu a zrna grafitu se na povrch zm bismutu adsorbují organické látky z pojivá pasty a případně další stopové nečistoty obsažené v materiálu. Fakticky je historie bismutu v pastě velmi obtížně sledovatelná. Při vytvoření pracovní elektrody postupem dle vynálezu je možno použít fólii s definovanou čistotou (např. 99,99 %) a během celého výrobního procesu aktivní plocha senzoru přijde do styku pouze s teflonovým nástrojem mikromanipulátorů, který je možno udržovat vlakovém stupni čistoty, že není změněna čistota pracovní elektrody (výsledkem je senzor s definovanou čistotou pracovní elektrody 99,99 %).The use of bismuth (Bi) film is also an example of how the application of the invention improves the cleanliness of the electrode surface. In the classical preparation of a working electrode from a paste containing bismuth grains and graphite grains, organic substances from the binder paste and possibly other trace impurities contained in the material are adsorbed onto the bismuth surface. In fact, the history of bismuth in the paste is very difficult to trace. When forming a working electrode according to the invention, it is possible to use a foil of defined purity (eg 99.99%) and during the entire manufacturing process the active sensor surface only comes into contact with the teflon tool of the micro manipulators. working electrode purity (resulting in a sensor with a defined working electrode purity of 99.99%).
Vložené nanostrukturované pracovní elektrody jsou vhodné i pro technologii nanášení tzv. SAM (self-assembled monolayer) vrstev organických molekul. Technologie nanášení biochemicky aktivních částic a biomolekul na podkladě SAM vyžaduje extrémně hladký a Čistý povrch, kterého není možno dosáhnout tiskem aktivního materiálu. Extrémně hladkého a čistého povrchu je možno dosáhnout vložením speciálních materiálů ve formě fólií, z nichž některé mají zaručenou nehomogenitu povrchu v jednotkách atomových vrstev (např. křemíkové fólie), na místo pracovní elektrody. SAM vrstvy pro uchycení biomolekul na planámí elektrodu mohou být vytvořeny a nanostrukturovány ještě před vložením do senzoru. Tento senzor s nanostrukturovanou planámí pracovní elektrodou může být využit pro elektrochemická stanovení aktivity imobilizovaných biomolekul. Důsledkem nanostrukturace může být zlepšení přenosu detekovaných látek mezi biomolekulou a povrchem elektrody a tedy i zvýšení signálu a citlivosti detekce.Embedded nanostructured working electrodes are also suitable for self-assembled monolayer (SAM) deposition of organic molecules. SAM-based biochemically active particle and biomolecule technology requires an extremely smooth and clean surface that cannot be achieved by printing the active material. An extremely smooth and clean surface can be achieved by inserting special foil materials, some of which have guaranteed surface inhomogeneity in atomic layer units (eg silicon foil), in place of the working electrode. SAM layers for attaching biomolecules to the flame electrode can be formed and nanostructured prior to insertion into the sensor. This sensor with nanostructured flame working electrode can be used for electrochemical determination of activity of immobilized biomolecules. As a result of nanostructure, the transfer of detected substances between the biomolecule and the electrode surface can be improved, thus increasing the signal and detection sensitivity.
Vynález také umožňuje přípravu elektrod ze skelného uhlíku (glassy carbon), který je materiálem pro elektrochemická stanovení s velmi širokým uplatněním. Skelný uhlík není možné připravit tiskem. Je však dostupný ve formě mikrofólií. ((www.goodfellow.com)).The invention also allows the preparation of glassy carbon electrodes, which are a material for electrochemical assays with very wide application. Glass carbon cannot be prepared by printing. However, it is available in the form of microfoils. ((www.goodfellow.com)).
Mají-li být připraveny aktivní vrstvy senzoru z materiálů jako osmium, iridium, rhodium, skelných kovů a mnoha dalších, je fakticky nemožné, buď z fyzikálně chemických nebo chemických důvodů, převést tyto materiály do formy pasty a nanést je tiskem. Všechny tyto materiály jsou dostupné ve formě fólií, a je možné je použít jako materiály pro přípravu pracovních elektrod podle předloženého vynálezu. Postup dle vynálezu umožňuje také přípravu pracovních elektrod z vysokoteplotních supravodičů.If active sensor layers are to be prepared from materials such as osmium, iridium, rhodium, glass metals and many others, it is virtually impossible, either for physicochemical or chemical reasons, to convert these materials into a paste and apply them by printing. All of these materials are available in the form of films, and can be used as materials for preparing the working electrodes of the present invention. The process according to the invention also enables the preparation of working electrodes from high-temperature superconductors.
Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Senzor je tvořen pracovní elektrodou (1), která je oddělena od referentní elektrody (2) mezikružím (6) z hydrofóbního dielektrického materiálu, a pomocnou elektrodou (3) koncentricky uspořádanou okolo referentní elektrody (2) a částečně pokrytou hydrofóbním dielektrickým materiálem (7). Pracovní elektroda sestává z natištěné vrstvy (lc), určující místo pracovní elektrody, vrstvy nosné pasty (lb) a aktivní plochy (la). Aktivní plocha pracovní elektrody je tvořena kolečkem vyseknutým z fólie aktivního materiálu. Sítotiskem jsou natištěny vodivé dráhy (4) zakončené spojovacími ploškami (5) pro připojení pracovní elektrody, referentní elektrody a pomocné elektrody.The sensor consists of a working electrode (1) which is separated from the reference electrode (2) by a ring (6) of hydrophobic dielectric material and an auxiliary electrode (3) concentrically arranged around the reference electrode (2) and partially covered with hydrophobic dielectric material (7) . The working electrode consists of a printed layer (1c) defining the location of the working electrode, the carrier paste layer (1b) and the active surface (1a). The active surface of the working electrode is formed by a wheel cut from a sheet of active material. The conductive tracks (4) ending with the connecting pads (5) for connecting the working electrode, the reference electrode and the auxiliary electrode are printed by screen printing.
Obr. 1 je pohledem na popsaný senzor shora.Giant. 1 is a top view of the described sensor.
Obr. 2 je pohledem na popsaný senzor z boku.Giant. 2 is a side view of the described sensor.
Obr. 3 je pohledem na popsaný senzor z boku, přičemž je zobrazeno provedení vynálezu, kdy je v podložce vytvořeno vybrání.Giant. 3 is a side view of the described sensor, showing an embodiment of the invention wherein a recess is formed in the substrate.
Obr. 4 znázorňuje elektrodu s polem nanostrukturo váných elektrod vytvořených na vrstvě křemíku.Giant. 4 shows an electrode with a field of nanostructured electrodes formed on a silicon layer.
Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Vynález je podrobněji objasněn, nikoliv však omezen, následujícími příklady provedení.The invention is illustrated in more detail by, but not limited to, the following examples.
PřikladlHe did
Na korundovou podložku jsou sítotiskem natištěny vodivé dráhy ze stříbra, hotová deska se nechá 15 minut odležet při teplotě místnosti, suší se 15 až 20 minut při 150 ± 20 °C a poté se vypálí při 850 °C. Pastou AuPd je v dalším kroku sítotiskem nanesena pracovní vrstva, tj. natištěná vrstva pracovní elektrody a pomocná elektroda, která se za stejných podmínek nechá uležet, sušit a vypálit. Referentní elektroda se tiskne z Ag/AgCl. Po odležení se motiv vytvrdí při 150 °C po dobu 15 min. Razmkem je vyseknuto kolečko z Au fólie z obou stran kryté ochrannými fóliemi. Z vyseknutého kolečka jsou sejmuty ochranné fólie. Na místo pracovní elektrody je nanesena polymerní pasta, která je nosným médiem pro vyseknuté kolečko. Kolečko je pomocí mikromanipulátoru umístěno na plochu pracovní elektrody. Vše se nechá 15 minut odstát a suší se 15 až 20 minut při 150 ± 20 °C. Poslední vrstva je tištěna dielektrickou polymerní pastou. Tiskem této vrstvy jsou překryty okraje vyseknutého kolečka. Vše se nechá uležet a vytvrdí se 60 minut při 150 °C.The conductive tracks of silver are printed on the corundum pad, the finished plate is left to stand at room temperature for 15 minutes, dried at 150 ± 20 ° C for 15 to 20 minutes and then baked at 850 ° C. In the next step, the working layer, i.e. the printed layer of the working electrode and the auxiliary electrode, which is left to lie, dry and burn under the same conditions, is screen-printed with AuPd. The reference electrode is printed from Ag / AgCl. After mating, the motif is cured at 150 ° C for 15 min. The die is punched from an Au foil on both sides covered with protective foils. Protective foils are removed from the die-cut wheel. Instead of the working electrode, a polymer paste is applied, which is the carrier medium for the die-cut wheel. The wheel is placed on the working electrode surface by a micromanipulator. Allow to stand for 15 minutes and dry at 150 ± 20 ° C for 15 to 20 minutes. The last layer is printed with a dielectric polymer paste. Printing this layer overlaps the edges of the die-cut wheel. Allow to rest and cure for 60 minutes at 150 ° C.
Příklad 2Example 2
Na korundovou podložku jsou sítotiskem natištěny vodivé dráhy ze stříbra, hotová deska se nechá 15 minut odležet při teplotě místnosti, suší se 15 až 20 minut při 150 ± 20 °C a poté se vypálí při 850 °C. Pastou AuPd je v dalším kroku sítotiskem nanesena pracovní vrstva, tj. natištěná vrstva pracovní elektrody a pomocná elektroda, která se za stejných podmínek nechá uležet, sušit a vypálit. Referentní elektroda se tiskne z Ag/AgCl. Po odležení se motiv vytvrdí při 150 °C po dobu 15 min. Razníkem je vyseknuto kolečko ze z obou stran kryté bismutové (Bi) fólie. Bi fólie je dodávána na mylarové nosné fólii, druhá strana je chráněna před poškozením při vysekávání ochrannou fólií. Na místo pracovní elektrody je nanesena polymemí pasta, která je nosným médiem pro vyseknuté kolečko. Z vyseknutého kolečka je sejmuta ochranná fólie. Kolečko je stranou Bi pomocí mikromanipulátoru umístěno na plochu pracovní elektrody. Je sejmuta mylarová fólie. Vše se nechá 15 minut odstát a suší se 15 až 20 minut při 150 ± 20 °C. Poslední vrstva je tištěna dielektrickou polymemí pastou. Tiskem této vrstvy jsou překryty okraje vyseknutého kolečka. Vše se nechá uležet a vytvrdí se 60 minut při 150 °C.The conductive tracks of silver are printed on the corundum pad, the finished plate is left to stand at room temperature for 15 minutes, dried at 150 ± 20 ° C for 15 to 20 minutes and then baked at 850 ° C. In the next step, the working layer, i.e. the printed layer of the working electrode and the auxiliary electrode, which is left to lie, dry and burn under the same conditions, is screen-printed with AuPd. The reference electrode is printed from Ag / AgCl. After mating, the motif is cured at 150 ° C for 15 min. The punch is a die cut from both sides of a covered bismuth (Bi) foil. Bi foil is supplied on mylar carrier foil, the other side is protected from damage when punched with protective foil. Instead of the working electrode, a polymer paste is applied, which is the carrier medium for the die-cut wheel. The protective foil is removed from the die-cut wheel. The wheel is placed on the working electrode surface by the Bi side with a micromanipulator. Mylar foil is removed. Allow to stand for 15 minutes and dry at 150 ± 20 ° C for 15 to 20 minutes. The last layer is printed with a dielectric polymer paste. Printing this layer overlaps the edges of the die-cut wheel. Allow to rest and cure for 60 minutes at 150 ° C.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Senzor s nanostrukturovanou pracovní elektrodou podle předloženého vynálezu je možno široce využít v chemickém a v potravinářském průmyslu, v ekologii pro monitorování znečištění životního prostředí a v medicíně pro levné klinické analýzy.The nanostructured working electrode sensor of the present invention can be widely used in the chemical and food industries, in ecology to monitor environmental pollution, and in medicine for inexpensive clinical analyzes.
Claims (11)
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ20050294A CZ2005294A3 (en) | 2005-05-09 | 2005-05-09 | Nanostructured working electrode of electrochemical sensor, process for its manufacture and sensor comprising such working electrode |
PCT/CZ2006/000030 WO2006119716A1 (en) | 2005-05-09 | 2006-05-05 | Nanostructured working electrode of an electrochemical sensor, method of manufacturing thereof and sensor containing this working electrode |
EP06742214A EP1902310A1 (en) | 2005-05-09 | 2006-05-05 | Nanostructured working electrode of an electrochemical sensor, method of manufacturing thereof and sensor containing this working electrode |
US11/913,086 US7811431B2 (en) | 2005-05-09 | 2006-05-05 | Nanostructured working electrode of an electrochemical sensor, method of manufacturing thereof and sensor containing this working electrode |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ20050294A CZ2005294A3 (en) | 2005-05-09 | 2005-05-09 | Nanostructured working electrode of electrochemical sensor, process for its manufacture and sensor comprising such working electrode |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ2005294A3 true CZ2005294A3 (en) | 2007-01-31 |
Family
ID=36658722
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ20050294A CZ2005294A3 (en) | 2005-05-09 | 2005-05-09 | Nanostructured working electrode of electrochemical sensor, process for its manufacture and sensor comprising such working electrode |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7811431B2 (en) |
EP (1) | EP1902310A1 (en) |
CZ (1) | CZ2005294A3 (en) |
WO (1) | WO2006119716A1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8142625B2 (en) | 2008-04-30 | 2012-03-27 | Life Safety Distribution Ag | Syperhydrophobic nanostructured materials as gas diffusion electrodes for gas detectors |
US10451606B2 (en) | 2013-10-21 | 2019-10-22 | The Regents Of The University Of Michigan | Nanoporous bioelectrochemical sensors for measuring redox potential in biological samples |
CN104330358A (en) * | 2014-11-04 | 2015-02-04 | 南京理工大学 | Micro-flow cell for detecting ECL (electrochemiluminescence) signal of printing electrode and application of micro-flow cell |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4529621A (en) * | 1983-10-05 | 1985-07-16 | Utah Computer Industries, Inc. | Process for depositing a thin-film layer of magnetic material onto an insulative dielectric layer of a semiconductor substrate |
NZ228132A (en) * | 1988-04-08 | 1992-04-28 | Nz Government | Metal oxide material comprising various mixtures of bi, tl, pb, sr, ca, cu, y and ag |
JPH07287816A (en) * | 1994-04-14 | 1995-10-31 | Citizen Watch Co Ltd | Magnetoresistive thin film head |
US5985356A (en) * | 1994-10-18 | 1999-11-16 | The Regents Of The University Of California | Combinatorial synthesis of novel materials |
US6060121A (en) * | 1996-03-15 | 2000-05-09 | President And Fellows Of Harvard College | Microcontact printing of catalytic colloids |
JP3292044B2 (en) * | 1996-05-31 | 2002-06-17 | 豊田合成株式会社 | P-conductivity group III nitride semiconductor electrode pad, device having the same, and device manufacturing method |
JPH10232215A (en) * | 1997-02-19 | 1998-09-02 | Gunze Ltd | Thin film electrode and its formation |
US6764581B1 (en) * | 1997-09-05 | 2004-07-20 | Abbott Laboratories | Electrode with thin working layer |
SE9800035D0 (en) * | 1998-01-09 | 1998-01-09 | Lionel Vayssieres | Process for producing thin metal oxide films on substrates |
US6134461A (en) * | 1998-03-04 | 2000-10-17 | E. Heller & Company | Electrochemical analyte |
DE10016811A1 (en) * | 2000-04-05 | 2001-10-25 | Gerhard Klemm | Method and device for punching thin film |
US6555159B2 (en) * | 2000-12-18 | 2003-04-29 | Delphi Technologies, Inc. | Coating for gas sensors |
US20030108664A1 (en) * | 2001-10-05 | 2003-06-12 | Kodas Toivo T. | Methods and compositions for the formation of recessed electrical features on a substrate |
US20040183408A1 (en) * | 2003-03-21 | 2004-09-23 | Board Of Control Of Michigan Technological University | Actuator |
-
2005
- 2005-05-09 CZ CZ20050294A patent/CZ2005294A3/en unknown
-
2006
- 2006-05-05 WO PCT/CZ2006/000030 patent/WO2006119716A1/en not_active Application Discontinuation
- 2006-05-05 US US11/913,086 patent/US7811431B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2006-05-05 EP EP06742214A patent/EP1902310A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20080169191A1 (en) | 2008-07-17 |
WO2006119716A1 (en) | 2006-11-16 |
EP1902310A1 (en) | 2008-03-26 |
US7811431B2 (en) | 2010-10-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Korotcenkov | Current trends in nanomaterials for metal oxide-based conductometric gas sensors: Advantages and limitations. part 1: 1D and 2D nanostructures | |
Ali et al. | Recent advances in 3D printing of biomedical sensing devices | |
JP5668052B2 (en) | Method for producing printed matter on which aligned fine particles are printed | |
Ni et al. | A review of 3D-printed sensors | |
Li et al. | Nanoindentation of silver nanowires | |
Tokonami et al. | Micro-and nanosized molecularly imprinted polymers for high-throughput analytical applications | |
Polavarapu et al. | Towards low-cost flexible substrates for nanoplasmonic sensing | |
Ingham et al. | Where bio meets nano: the many uses for nanoporous aluminum oxide in biotechnology | |
Du et al. | Stencil lithography for scalable micro-and nanomanufacturing | |
Möller et al. | Electrical classification of the concentration of bioconjugated metal colloids after surface adsorption and silver enhancement | |
CN110220881B (en) | Flexible SERS substrate based on nanostructure and ordered nanoparticles and preparation method and application thereof | |
Siddiqui et al. | Characterization of carbon nanofiber electrode arrays using electrochemical impedance spectroscopy: effect of scaling down electrode size | |
Weibel et al. | Combining microscience and neurobiology | |
Zhao et al. | Combining printing and nanoparticle assembly: Methodology and application of nanoparticle patterning | |
KR102500117B1 (en) | Patterining of nanocomposite colloids comprising plasmon nanoparticles and hydrogel nanoparticles, and Patterned hybrid nanostructures which can reversibly modulate optical signal and surface enhanced Raman scattering(SERS) signals | |
EP3153855B1 (en) | Method for producing planar microparticles with surface molecular multiplexing, the microparticles and use thereof | |
Gabardo et al. | Deposition, patterning, and utility of conductive materials for the rapid prototyping of chemical and bioanalytical devices | |
Ambroziak et al. | Immobilization of cubic silver plasmonic nanoparticles on TiO2 nanotubes, reducing the coffee ring effect in surface-enhanced raman spectroscopy applications | |
Hwang et al. | Cut-and-Paste transferrable pressure sensing cartridge films | |
US7811431B2 (en) | Nanostructured working electrode of an electrochemical sensor, method of manufacturing thereof and sensor containing this working electrode | |
Yang et al. | Droplet mechanical hand based on anisotropic water adhesion of hydrophobic–superhydrophobic patterned surfaces | |
Vo et al. | Recent trends of bioanalytical sensors with smart health monitoring systems: from materials to applications | |
Li et al. | Patterned metal nanowire arrays from photolithographically-modified templates | |
Nolte et al. | Freestanding polyelectrolyte multilayers as functional and construction elements | |
Broccoli et al. | Nanoparticle printing for microfluidic applications: bipolar electrochemistry and localized Raman sensing spots |